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索伟1 张德兵 2祁斌3
（1.潍坊上实环境污水处理有限公司2. 上实环境水务股份有限公司3.武汉汉西污水处理有限公司）
摘要：污水厂尾水发电机组利用尾水的水位落差，将势能转化为电能，高效节能、环保无害、维护简便、适用范围广。广泛应用于城市污水处理厂、工业废水处理厂等场所，未来发展前景广阔。是一种环保、高效、实用的发电装置，适用于各种类型的污水处理厂。
关键词：环保、高效、节能、绿色
随着全球能源危机的加剧，寻找可持续的清洁能源已经成为各国科研的热点。利用污水处理厂尾水进行发电，不仅可以有效地利用废弃资源，同时也能为国家能源供应提供重要保障。在环保意识日益增强的今天，公众对环保问题的关注度也在不断提高。污水处理厂尾水发电组的研发，既能满足污水处理的要求，又能产生清洁能源，实现能源和环保的双重效益，是一项符合公众利益的技术创新。
一、研究背景
能源短缺：随着人口的不断增加和工业化程度的提高，能源需求也不断增长。特别是在中国这样的国家，由于能源消费的增长速度快于能源生产的增长速度，能源短缺成为一个日益严重的问题。因此，寻求可再生能源，特别是风能、水能、太阳能等可再生能源，成为解决能源短缺问题的关键。
环境保护：污水处理厂尾水发电机组不仅可以提供能源，还可以改善环境。例如，污水处理厂尾水发电项目，利用非饮用水的尾水发电，推动绿色低碳发展，降低碳排放，保护生态环境，具有明显的社会效益和经济效益[1]。
二、设计原理
尾水发电机组的设计原理是利用污水处理厂尾水自然水位落差中蕴含的能量，通过水力涡轮机将这些能量转换成电能。水力涡轮机的工作过程与风力涡轮机类似，只是它是通过水流而不是气流来驱动的。污水处理厂尾水的流速和流量可以根据需要进行调节，以满足发电机组的功率需求。
污水处理厂尾水发电机组的设计理念在于充分利用现有的水资源和能源，实现节能减排的目标。在保护环境的同时，也为能源供应提供了新的解决方案。
尾水发电机组采用了高效的能量回收技术，最大限度地利用污水处理厂尾水中的能量。例如，通过分析现场水头水量选取最优的水轮机类型，设置合理的水轮机数量提高机组运行效率；通过CFD流场分析技术分析水轮机内部流动规律，设计高效水轮机的水力模型，提高水轮机的水力效率；通过改进发电机组的机械设计，减少摩擦阻力，提高机械效率效率。
三、国内外研究背景
国外：针对污水处理厂尾水进行发电机组的研究已经取得了一定的进展。例如，德国的研究人员设计了一种由电解池和水泵组成的污水处理厂尾水发电机组，该机组可以利用电化学反应和压力差驱动涡轮发电，并且对污水中的有机物进行有效处理。与此同时，日本福冈地区供水企业协会也宣布，将利用海水淡化后排出的高盐度尾水进行渗透发电。这些研究表明，对污水处理厂尾水进行有效利用和回收，可以极大地减少对淡水资源的依赖和对环境的污染，为解决可持续发展的水资源问题提供了新的思路。
国内：在过去的几年中，尾水发电技术在我国的应用逐渐兴起，许多水力发电站开始采用这种技术。据统计，截至2021年，我国已有多个尾水发电站投入运行，总装机容量达到数百兆瓦。这些尾水发电站主要分布在南方和西南地区，其中包括广西、贵州、云南、广东[2]等省份。此外，我国的研究机构也在积极推动尾水发电技术的发展，并开展了一系列相关的研究工作。例如，江苏大学、中南大学能源科学与工程学院的研究团队就在尾水发电技术方面取得了一些突破性的成果。这些研究成果为尾水发电技术在我国的进一步推广和应用提供了有力支持。
四、产品介绍
污水处理厂的尾水的特点一般是低水头、大流量。常用的水轮机结构形式有卧式贯流式、立式明渠轴流式等。
卧式贯流式水轮发电机组是卧式分体结构，由水轮机和发电机通过联轴器连接而成。水轮机主要由三通管、导叶、转轮、主轴、传动部件、密封、轴承等组成。工作时水流在工作水头的作用下，经引水管至水轮机的进口，流经导叶冲击转轮旋转，主轴带动发电机工作。
卧式贯流式发电机组是卧式分体结构，具有以下技术优势：
1.卧式结构管路进水、管路出水安装、使用、检修方便；
2.水轮机和发电机分离，便于维修，更换易损件；
3.水轮机单独3个轴承，发电机单独2-3个轴承，结构可靠；
4.水轮机具有独立油润滑系统，轴承寿命更长。
